一种电源管理系统及其能量回收单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电源控制技术领域，尤其涉及一种能量回收单元及包含该能量回收单元的电源管理系统。
【背景技术】
[0002]在一些极低功耗应用场合，电子设备往往很长时间才工作一次。在一次工作结束后，需要很长时间的待机，然后才进行下一次的工作。在待机过程中，即使电子设备被完全关掉，也因为漏电的存在，会漏掉一些电流。某些场合，这些累计的泄漏能量与相应短暂的正常工作能量可比拟，这需要电源系统彻底关死，不要对负载供电。但这还不能完全解决问题，关掉电源的输出的供电能力，但是电源上连接的去耦电容上面的能量还是会泄漏掉的。这部分泄露的能量也是很可观的，在某些应用场合，这部分能量甚至会超过相应单次正常工作的能量。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本发明提供一种能量回收单元及包含该能量回收单元的电源管理系统，该能量回收单元及包含该能量回收单元的电源管理系统能够回收电源去耦电容、输出端寄生电容及电路内部寄生电容上的能量。
[0004]本发明提供一种电源管理系统，关键技术于，其包括:
[0005]电源管理器，用于把电源管理系统的输入端的能量传递至输出端；
[0006]能量回收单元，用于把电源管理系统输出端电容上的能量回收至电源管理系统的输入端；
[0007]Ctrl端口，用于控制电源管理器与能量回收单元的工作状态，控制原理为:当Ctrl端口的控制信号为高电平时，电源管理器开启工作，能量回收单元被关掉；当Ctrl端口的控制信号为低电平时，控制能量回收单元开启工作，电源管理器被关掉。
[0008]进一步的，所述能量回收单元Power Recovery Unit包括:时序产生器timingGen、电感LI和四个开关，四个分别为开关S1、开关S2、开关S3、开关S4 ；
[0009]其连接关系为:
[0010]开关S1、开关S2、开关S3、开关S4的控制端均与时序产生器timing Gen相接；
[0011]开关SI的第一导通端al与电感LI的一端相接，第二导通端bl与电源管理器的电池E连接；
[0012]开关S2的第一导通端a2接地，第二导通端b2与电感LI的一端相接；
[0013]开关S3的第一导通端a3接地，第二导通端b3与电感LI的另一端相接；
[0014]开关S4的第一导通端a4与电感LI的另一端相接，第二导通端b4与电源控制器的负载相接；
[0015]时序产生器timing Gen的另一端与电源控制器的Ctrl端口连接；
[0016]其工作关系为:
[0017]当Ctrl端口高电平时，时序产生器timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4断开；
[0018]当Ctrl端口低电平时，时序产生器timing Gen工作，产生开关SI?S4的控制信号，电源控制器的负载电容CL上的电能经电感LI和开关SI?S4被回收到电源管理器的电池E。
[0019]进一步的,所述能量回收单元Power Recovery Unit的工作原理如下:
[0020]充电阶段Tl，S2、S4开启，S1、S3关断；
[0021]放电阶段T2，S2、S4关断，S1/S3与S2/S4非交叠地开启；
[0022]整个能量回收过程结束，开关SI?S4都关断；
[0023]上述四个开关中任一开关开启即该开关的第一导通端与其第二导通端连接，任一开关关断即该开关的第一导通端与第二导通端断开。
[0024]进一步的,该电源管理系统包括电池E、电源管理器Power Manager、负载电容CL、负载Load和能量回收单兀Power Recovery Unit,且电池E、电源管理器Power Manager、负载电容CL依次连接，负载Load与负载电容CL呈并联关系，
[0025]该Ctrl端口与能量回收单兀Power Recovery Unit和电源管理器Power Manager连接，由Ctrl端口控制能量回收单兀Power Recovery Unit和电源管理器Power Manager的工作状态；
[0026]电源电压VE大于等于负载点VDD电压的情况下，S3恒断、S4恒启，其控制关系为:
[0027]当Ctrl高电平时，电源管理器Power Manager开启工作，能量回收单元PowerRecovery Unit被关掉，E的电能经过Power Manager对Load供给；
[0028]当Ctrl低电平时，电源管理器Power Manager被关掉，回收单兀Power RecoveryUnit在Ctrl端口的控制下把负载电容CL上的电能回收到电池E上；具体的回收过程为:
[0029]充电阶段Tl，S2开启、SI关断；负载电容CL经LI及S2对地形成通路，负载电容CL对电感LI预充电，充电中负载点VDD电压下降，负载电容CL上的能量部分转移到电感中，当电感LI中电流达到预设值时，S2关断，Tl结束；
[0030]放电阶段T2，S2关断后SI非交叠地开启，负载电容CL经LI及SI对VE形成通路，电感中的电流减小，在整个T2过程，电感LI中的能量转移到电源E，同时，负载点VDD电压也往下降，负载电容CL上的能量也部分转移到电源E，当电感LI中的电流降低到O时，T2结束；
[0031]T2结束后S2马上开启，重复之前Tl及T2的过程，直到负载电容CL上负载点VDD电压降低到0，同时电感电流中电流也为O为止，整个能量回收过程结束，开关SI?S4都关断；
[0032]上述负载电容CL包括电源管理器输出点的去耦电容、输出端寄生电容及电路内部寄生电容；负载Load包括所有电子设备。
[0033]效果较佳的，电源管理器Power Manager为线性稳压器LD0。
[0034]效果较佳的，电源管理器Power Manager为降压变换电路BUCK。
[0035]效果较佳的，电源管理器Power Manager为升降压电路BUCK-B00ST，当Ctrl低电平且电源电压VE大于等于负载点VDD电压时，采用如上所述的控制方法，当Ctrl高电平时，开关SI?S4都关断。
[0036]进一步的,该电源管理系统包括电池E、电源管理器Power Manager、负载电容CL、负载Load和能量回收单兀Power Recovery Unit,且电池E、电源管理器Power Manager、负载电容CL依次连接，负载Load与负载电容CL呈并联关系，
[0037]该Ctrl端口与能量回收单兀Power Recovery Unit和电源管理器Power Manager连接，由Ctrl端口控制能量回收单兀Power Recovery Unit和电源管理器Power Manager的工作状态；
[0038]电源电压VE小于负载点VDD电压的情况下，S2恒断、SI恒启，其控制关系为:
[0039]当Ctrl高电平时，电源管理器Power Manager开启工作，能量回收单元PowerRecovery Unit被关掉，E的电能经过Power Manager对Load供给；
[0040]当Ctrl低电平时，电源管理器Power Manager被关掉，回收单兀Power RecoveryUnit在Ctrl端口的控制下把负载电容CL上的电能回收到电池E上；具体的回收过程为:
[0041]充电阶段Tl，S4开启、S3关断；负载电容CL经LI及S4对电池E形成通路，负载电容CL对电感LI预充电，充电中负载点VDD电压下降，负载电容CL上的能量部分转移到电感LI中，当电感LI中电流达到预设值时，S4关断，Tl结束；
[0042]放电阶段T2，S4关断后S3非交叠地开启，地经LI及S3对VE形成通路，电感中的电流减小，在整个T2过程，电感LI中的能量转移到电源E，同时，负载点VDD电压维持不变，当电感LI中的电流降低到O时，T2结束；
[0043]T2结束后S4马上开启，重复之前Tl及T2的过程，直到负载电容CL上负载点VDD电压降低到VE为止，此时时序产生器timing Gen继续控制，直到负载点VDD电压降低为0，整个能量回收过程结束，所有开关SI?S4都关断；
[0044]上述负载电容CL包括电源管理器输出点的去耦电容、输出端寄生电容及电路内部寄生电容；负载Load包括所有电子设备。
[0045]效果较佳的，电源管理器Power Manager为升压电路BOOST。
[0046]效果较佳的，电源管理器Power Manager为升降压电路BUCK-B00ST，当Ctrl低电平且电源电压VE小于负载点VDD电压时，采用如上所述的控制方法，当Ctrl高电平时，开关SI?S4都关断ο
[0047]本发明的有益效果在于:本发明能回收电源去耦电容、输出端寄生电容及电路内部寄生电容上的能量，因此延长了电池的续航能力。本发明绿色环保，高效。在传感器、物联网、新能源领域将会得到广阔的应用前景。
【附图说明】
[0048]图1为本发明的电源管理系统的电路结构示意图；
[0049]图2A为本发